(57)【要約】【課題】吐出温度のオーバーシュートによる圧縮機の温度上昇を防止して圧縮機の信頼性向上を図ること。【解決手段】冷媒回路と圧縮機１１の吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサー１５とを備えたヒートポンプ装置において、圧縮機１１の運転起動時における吐出温度を、目標吐出温度よりも若干低い初期吐出温度に略安定させた後に目標吐出温度に安定させる吐出温度制御手段２３を備えたことにより、運転起動時の圧縮機１１の吐出温度のオーバーシュートを防止することができ、圧縮機１１の信頼性向上を図ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機とガスクーラと膨張弁と熱交換器を環状に接続した冷媒回路と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサーと、前記圧縮機の運転起動時における吐出温度を目標吐出温度よりも低い初期吐出温度に略安定させた後に目標吐出温度に安定させる吐出温度制御手段とを備えたヒートポンプ装置。
【請求項２】
初期吐出温度と目標吐出温度との温度差を３Ｋ〜５Ｋの間の値に設定した請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
初期吐出温度に略安定させる時間を５分〜１０分の間の値に設定した請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
冷媒回路は、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルであり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒によりガスクーラの水または空気を加熱する請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機を備えたヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ装置では、運転時の膨張弁制御として圧縮機吸入冷媒のスーパーヒート（過熱度）が０〜５Ｋに収まるように膨張弁開度を制御する手法が一般的である（例えば、非特許文献１参照）。この膨張弁制御手法は、ヒートポンプサイクルに限らず、蒸気圧縮式の冷凍サイクル全般に適用可能であり、圧縮機吸入冷媒温度センサーと圧縮機吸入圧力センサーという比較的簡単な構成（図示しない）で高効率な冷凍サイクル制御を行うことができる。
【非特許文献１】松岡文雄著  「冷凍サイクルの動特性と制御」、冷凍、２００３年７月号第７８巻第９０９号、Ｐ６０〜Ｐ６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の構成では、運転起動時において、圧縮機の吐出冷媒温度（以下、吐出温度と称する）は安定時の吐出温度に対してオーバーシュートを生じる。即ち、運転起動と共に吐出温度は上昇し、一旦、安定時の吐出温度より高温状態になった後に低下して安定時の吐出温度に安定するという特性を有している。
【０００４】
この吐出温度のオーバーシュートが大きくなると、高圧シェル型の圧縮機を採用し、かつ、運転中の吐出温度が高い冷凍サイクルの場合には、圧縮機の信頼性に悪影響を与える恐れがある。例えば、高温（９０℃）の湯を高効率でつくることができる超臨界サイクルヒートポンプ給湯機では、ヒートポンプサイクル安定時の吐出温度は１００℃〜１２０℃であり、その時の圧縮機内のモータコイル温度は更に高温である。ここに、前述の運転起動時の吐出温度のオーバーシュートが加わると、圧縮機内は更に高温環境下にさらされることになり、高温によるモーターコイルの絶縁性能劣化や圧縮機摺動部分の焼き付きなど、圧縮機の信頼性を損なう恐れがあり、最悪の場合、圧縮機の破損に繋がる恐れがあるという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止できるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ装置は、圧縮機とガスクーラと膨張弁と熱交換器を環状に接続した冷媒回路と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサーと、前記圧縮機の運転起動時における吐出温度を目標吐出温度よりも低い初期吐出温度に略安定させた後に目標吐出温度に安定させる吐出温度制御手段とを備えたヒートポンプ装置とするものである。
【０００７】
これにより、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のヒートポンプ装置は、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止することができ、圧縮機の信頼性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、圧縮機とガスクーラと膨張弁と熱交換器を環状に接続した冷媒回路と、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検知する吐出温度センサーと、前記圧縮機の運転起動時における吐出温度を目標吐出温度よりも低い初期吐出温度に略安定させた後に目標吐出温度に安定させる吐出温度制御手段とを備えたことにより、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止することができ、圧縮機の信頼性向上を図ることができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明のヒートポンプ装置の初期吐出温度と目標吐出温度との温度差を３Ｋから５Ｋの間の値に設定したことにより、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止しながら、かつ、ヒートポンプサイクルの起動を速やかに行うことができる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明のヒートポンプ装置において、初期吐出温度に略安定させる時間を５分から１０分の間の値に設定したことにより、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止しながら、かつ、ヒートポンプサイクルの起動を速やかに行うことができる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明のヒートポンプ装置における冷媒回路を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたことにより、臨界圧力以上に昇圧された冷媒でガスクーラの水または空気を加熱することで、ガスクーラ内の冷媒は、臨界圧力以上に加圧されているのでガスクーラの水または空気により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、ガスクーラの全域で冷媒と水または空気との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯（約９０℃）または空気が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第４の発明のヒートポンプ装置の冷媒を二酸化炭素としたもので、二酸化炭素冷媒は比較的安価でかつ安定であるため製品コストを抑えるとともに信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態のヒートポンプ装置をヒートポンプ給湯機に適用したものの構成図である。
【００１６】
図１において、ヒートポンプユニット１６は、圧縮機１１、ガスクーラの冷媒側配管１２、電動膨張弁１３、室外熱交換器１４を環状に接続した冷媒回路から構成されており、圧縮機１１の吐出側配管途中には、圧縮機吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサーが設置されている。吐出温度制御手段２３は、ヒートポンプユニット１６運転時における圧縮機１１の吐出冷媒温度が所定の温度になるように、電動膨張弁１３の開度を制御するものである。
【００１７】
また、タンクユニット２２は、貯湯タンク１７、循環ポンプ１８、ガスクーラの水側配管１９を環状に接続した給湯回路と、ガスクーラの水側配管１９の入口温度を検出する入水温度センサー２０と、ガスクーラの水側配管１９の出口温度を検出する出湯温度センサー２１とから構成されている。貯湯タンク１７内の水は循環ポンプ１８によってガスクーラの水側配管１９に搬送され、ここでガスクーラの冷媒側配管１２内の高温冷媒と熱交換して高温の湯に加熱される。なお、出湯温度の制御は、循環ポンプ１８の流量を増減させることにより行っている。
【００１８】
以上のように構成されたヒートポンプ装置について、以下その動作、作用を説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態のヒートポンプ装置の制御を説明するフローチャートである。本発明の第１の実施の形態のヒートポンプ装置では、目標出湯温度を９０℃、目標吐出温度を１１０℃に設定した場合について説明する。
【００１９】
図２において、沸き上げ運転指示がなされると、ＳＴＥＰ１では圧縮機１１の運転周波数，電動膨張弁１３の開度，循環ポンプ１８の流量などが設定され、運転を起動する。次にＳＴＥＰ２では吐出温度制御手段２３により、吐出温度センサー１５の検出値が初期吐出温度となるよう、電動膨張弁１３の開度を制御する。ここで、初期吐出温度は目標吐出温度よりも低く設定されており、その温度差は、３Ｋから５Ｋの間の値とするのがよい。これは、まず、吐出温度センサー１５の精度面から温度差が３Ｋ未満では初期吐出温度と目標吐出温度との有意差がなくなる。また、温度差を５Ｋよりも大きくとると、制御目標が初期吐出温度から目標吐出温度に移行する際の変化幅が大きくなるため、目標吐出温度に対してオーバーシュートを生じる可能性があるためである。本実施例では、初期目標吐出温度を１０５℃（目標吐出温度１１０℃に対して５Ｋ低い値）に設定している。運転起動後に吐出温度は上昇し、やがて初期吐出温度を少し越えた後に低下して１０５℃に安定する。この時、目標吐出温度の１１０℃を越えることはない。
【００２０】
そして、ＳＴＥＰ３では、吐出温度センサー１５の検出値が１０５℃±１Ｋに収まっている場合を略安定と判断し、この略安定保持時間が１０分以上になるとＳＴＥＰ４に移行して、吐出温度センサー１５の検出値が目標吐出温度（１１０℃）となるよう、電動膨張弁１３の開度を制御する。この時、初期吐出温度（１０５℃）から目標吐出温度（１１０℃）への変化幅が５Ｋと比較的小さいため、吐出温度のオーバーシュート、即ち吐出温度センサー１５の検出値が目標吐出温度の１１０℃を越えることを防止できる。
【００２１】
従って、圧縮機１１の異常な温度上昇を防止でき、信頼性の向上を図ることができる。
【００２２】
以上のように、本実施の形態においては、圧縮機１１の運転起動時における吐出温度を、目標吐出温度よりも若干低い初期吐出温度に略安定させた後に目標吐出温度に安定させる吐出温度制御手段２３を備えたことにより、運転起動時の吐出温度のオーバーシュートを防止することができ、圧縮機１１の信頼性向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ装置は、特に高圧シェル型の圧縮機を搭載した蒸気圧縮式冷凍サイクルに対しての適用が有効である。また、本発明のヒートポンプ装置は、給湯機の他に、エアコン、冷蔵庫等にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の制御を説明するフローチャート
【符号の説明】
【００２５】
１１  圧縮機
１２  ガスクーラの冷媒側配管
１３  電動膨張弁
１４  室外熱交換器
１５  吐出温度センサー
１６  ヒートポンプユニット
１７  貯湯タンク
１８  循環ポンプ
１９  ガスクーラの水側配管
２０  入水温度センサー
２１  出湯温度センサー
２２  タンクユニット
２３  吐出温度制御手段
【図１】
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【図２】
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